Тербий кальциетермический ТбМ-1

Тербий (Tb, атомный номер 65) — серебристо-белый металл, лантаноид иттриевой подгруппы. Выпускается в кальциетермическом исполнении марок ТбМ-1, ТбМ-2 и ТбМ-3 в виде слитков.

Физические и химические свойства тербия

Тербий — мягкий, пластичный металл. При комнатной температуре компактный тербий устойчив на воздухе: поверхностное окисление протекает медленно. Во влажной атмосфере при нагреве скорость окисления возрастает. Металл реагирует с минеральными кислотами и медленно окисляется кипящей водой.

Основные физические характеристики:

Свойство	Значение
Плотность (α-Tb, 20 °C)	8,229 г/см³
Температура плавления	1356–1357 °C
Температура кипения	3227 °C
Теплоёмкость	28,91 Дж/(моль·К)
ТКЛР	11,8 · 10⁻⁶ К⁻¹

Кристаллическая структура и магнитные свойства

Тербий существует в двух аллотропных модификациях. До 1287 °C устойчива α-модификация с гексагональной плотноупакованной решёткой (тип магния, a = 0,36010 нм, c = 0,56936 нм). Выше 1287 °C и вплоть до температуры плавления стабильна β-модификация с кубической объёмноцентрированной решёткой (тип α-Fe, плотность 8,12 г/см³). При давлении свыше 1 ГПа образуется тригональная модификация.

При нормальных условиях тербий парамагнитен. При охлаждении ниже −43 °C (точка Нееля) переходит в антиферромагнитное состояние, а при дальнейшем охлаждении ниже −53,6 °C (точка Кюри) становится ферромагнетиком.

Производство и марки кальциетермического тербия

Тербий получают металлотермическим восстановлением: кальцием из фторида тербия. Этим же методом выпускают большинство редкоземельных металлов в металлическом виде — например, эрбий ЭрМ-1 и металлический церий ЦеМ-1.

Выпускаются три марки кальциетермического тербия: ТбМ-1, ТбМ-2 и ТбМ-3. Марки различаются по степени чистоты и допустимому содержанию примесей. Марка ТбМ-1 соответствует чистоте не менее 99,9% по основному веществу; типичный уровень примесей: железо — до 0,02%, диспрозий — до 0,04%, медь — до 0,01%, гадолиний — до 0,01%, кальций — до 0,01%.

Монокристаллический тербий

Монокристаллический тербий получают рекристаллизационным отжигом предварительно дистиллированного или вакуумплавленного металла. Монокристаллы применяются в задачах, требующих точно контролируемых магнитных и магнитооптических характеристик — прежде всего в исследовательских и приборостроительных применениях.

Горячая обработка давлением

Тербий — пластичный металл, поддающийся деформационной обработке. Ленты, проволока и прутки из тербия производятся при температурах 400–600 °C в защитной атмосфере (инертный газ или вакуум) для предотвращения окисления.

Форма поставки и хранение

Тербий металлический поставляется в слитках. Слитки упаковываются в двойной полиэтилен. Гарантийный срок хранения в герметичной полиэтиленовой упаковке — 6 месяцев. По истечении срока требуется входной контроль по содержанию основного вещества и примесей.

Области применения тербия

Люминофоры и флуоресцентные материалы

Ион Tb³⁺ является эффективным активатором зелёного свечения в неорганических люминофорах. Исторически тербий применялся в люминофорах зелёного канала ЭЛТ-кинескопов цветных телевизоров и мониторов. В трёхполосных люминофорах для люминесцентных ламп тербий-активированные составы обеспечивают интенсивную полосу излучения в зелёной области спектра (~545 нм).

Оптические материалы: TGG и тербийсодержащие стёкла

Тербий-галлиевый гранат (Tb₃Ga₅O₁₂, TGG) — монокристаллический магнитооптический материал с высокой постоянной Верде (около −40 рад·Т⁻¹·м⁻¹ на длине волны 1064 нм). Благодаря выраженному эффекту Фарадея TGG используется в оптических изоляторах и вращателях Фарадея для лазерных систем в диапазоне 400–1100 нм (за исключением полосы 475–500 нм). Аналогичную функцию выполняют плотные флинт-стёкла, легированные тербием, — применяются там, где требуется высокая постоянная Верде в сочетании с нестандартной геометрией оптического элемента.

Магнитострикционные материалы

Сплав тербий–железо (Tb-Fe) является наилучшим магнитострикционным материалом из известных. Особенно высокие значения магнитострикции демонстрирует монокристаллический сплав на основе системы Tb-Fe-Dy (Терфенол-Д). Материал применяется в прецизионных приводах малых перемещений (адаптивная оптика крупных телескопов), источниках звука высокой мощности и сверхмощных ультразвуковых излучателях.

Постоянные магниты на основе Nd-Fe-B

Тербий применяется как легирующая добавка к магнитам Nd-Fe-B (неодим–железо–бор). Введение 1–2 % Tb повышает коэрцитивную силу магнитов, что особенно важно для работы при повышенных температурах (выше 150 °C) — в электродвигателях, ветрогенераторах и гибридных автомобилях.

Катализаторы

Оксиды тербия обладают каталитической активностью в реакциях окисления. Наиболее устойчив нестехиометрический оксид Tb₄O₇, образующийся при прокаливании соединений тербия на воздухе при 800–1000 °C. Используется в составе каталитических систем для процессов окисления органических соединений.